[發明專利]基于光纖環形器的微小型原子磁強計及磁成像系統

在審

• 申請號: 202110594386.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113311369A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 馮焱穎;李曉杰;郭志浩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 樊春燕

本發明涉及一種原子磁強計及磁成像系統，包括：激光光源、光纖環形器、磁強計探頭和光電探測器。本發明使用同一束入射激光用于泵浦和探測，降低了光路的復雜程度，使得所述磁成像系統具有良好的共模噪聲抑制性，能夠獲得更低噪聲的磁場圖像。所述光纖環形器用于所述入射激光的傳輸，減少了所述入射激光從空間光到光纖光的轉換過程，減少了耦合器件的使用，構成全光纖一體化結構。所述全光纖一體化結構增加了所述原子磁強計的共模一致性，提高靈敏度，提高了所述磁成像系統的空間分辨率。因此所述原子磁強計在磁場探測尤其是磁成像系統的應用中具有重要的意義。

技術領域

本申請涉及精密測量設備技術領域，特別是涉及一種原子磁強計及磁成像系統。

背景技術

原子磁強計是一種精密測量微弱磁場的傳感器。商業應用中對微弱磁場的探測主要是基于超導量子干涉器件(SQUIDs)，但超導量子干涉器件需要工作在超低溫環境，在系統體積、與被測體間距、功耗等方面具有一定劣勢。

原子磁強計不要求超低溫環境的工作條件，并具有極高的磁測靈敏度。在弱磁探測領域，原子磁強計逐漸成為可與超導量子干涉器件相媲美的極弱磁探測裝置。傳統技術中，便攜式小型原子磁強計已經應用于微弱磁場的探測(尤其是生物磁場探測)。

在構建磁成像系統時，原子磁強計是磁成像系統的重要限制因素。原子磁強計的靈敏度影響了原子磁強計繪制的磁場圖像空間分辨率。傳統技術中，構建磁成像系統的原子磁強計依然存在靈敏度低的問題。

發明內容

基于此，為了解決磁成像系統中原子磁強計依然存在靈敏度低的問題，本發明提供一種原子磁強計及磁成像系統。

一種原子磁強計，包括：激光光源，用于發出入射激光；光纖環形器，包括第一端口、第二端口和第三端口，所述入射激光從所述第一端口輸入，從所述第二端口輸出；磁強計探頭，所述第二端口輸出的所述入射激光進入所述磁強計探頭后，再原路返回輸入所述第二端口，并由所述第三端口輸出；光電探測器，用于接收所述第三端口輸出的所述入射激光。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭包括原子氣室，所述入射激光能夠與所述原子氣室中的原子氣體發生相互作用。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭還包括反射鏡，所述原子氣室位于所述第二端口和所述反射鏡之間，所述反射鏡對進入所述磁強計探頭的所述入射激光進行反射。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭包括反射膜，設置于所述原子氣室側壁，所述反射膜對進入所述磁強計探頭的所述入射激光進行反射。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭還包括準直器，位于所述第二端口與所述原子氣室之間；四分之一波片，位于所述準直器與所述原子氣室之間。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭還包括保溫腔室，所述原子氣室收納于所述保溫腔室，所述保溫腔室用于對所述原子氣室進行保溫。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭還包括二維磁場調制裝置，所述二維磁場調制裝置包括：軸向沿著第一方向的第一磁場調制線圈組；和軸向沿著第二方向的第二磁場調制線圈組，所述第一方向和所述第二方向垂直，所述第一磁場調制線圈組設置于所述第二磁場調制線圈組中，所述第一磁場調制線圈組和所述第二磁場調制線圈組共同圍構形成一個磁場空間；所述保溫腔室和所述原子氣室收納于所述磁場空間中，所述二維磁場調制裝置用于在所述原子氣室中產生磁場。

在其中一個實施例中，所述磁強計探頭還包括探頭機械結構，所述準直器、所述四分之一波片、所述原子氣室和所述反射鏡安裝于所述探頭機械結構。

在其中一個實施例中，所述原子磁強計還包括磁場控制與鎖相放大控制器，分別與所述光電探測器電連接和所述二維磁場調制裝置電連接，用于實現磁場的調制和磁場信號的鎖相放大輸出。